Titel:
Molekulare Dynamik von biologisch relevanten Steroiden in Membranen
Projektleitung an der Universität Würzburg:
Beteiligte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler:
Kurzbeschreibung:
Mittels Quasi-elastischer Neutronenstreuung (QENS) soll die Dynamik biologisch relevanter und strukturell ähnlicher Steroide (Cholesterin, Lanosterin, Ergosterin) in Phospholipid Mo-dellmembranen untersucht werden. Im Zentrum des Interesses steht die Frage nach den un-terscheidenden Merkmalen der hochfrequenten Bewegungen dieser Steroide in Membranen. Hierbei soll insbesondere die Korrelation zwischen molekularer Bewegung von Steroiden und Lipiden im ns-ps Zeitbereich mit makroskopischen Eigenschaften der Membran (insbesondere elastische Eigenschaften) untersucht werden. Damit soll ein Beitrag zur Aufklärung der Frage geleistet werden, welche besonderen Eigenschaften Cholesterin im Verlauf der Evolution als das für eukariotische Zellen entscheidende Steroid auszeichneten, obwohl seine evolutionären Vorläufer wie z.B. Lanosterin strukturell äußerst ähnlich sind. Hier bietet sich eine einzigartige Gelegenheit, biologisch relevante Struktur-Funktions-Beziehungen in Membranen vom Standpunkt der molekularen Dynamik her zu untersuchen. Durch Kombination mit Moleküldynamik (MD) Simulationen von Membranen (in Kooperation mit Prof. J. Smith, Lehrstuhl f. Biocomputing, Univ. Heidelberg) mit zum QENS Experiment identischer Steroid/Lipid Zusammensetzung sollen theoretische und experimentelle Ergebnisse in einem Modell vereinigt werden. Insbesondere soll durch Berechnung des dynamischen Struktur-faktors aus den MD Daten erstmals ein direkter, modellunabhängiger Vergleich von Experiment und Simulation von Membranen auf identischer Zeitskala möglich werden. Davon werden sowohl QENS (Optimierung der modellabhängigen Datenanalyse) und MD (Verfeinerung der Kraftfelder) profitieren. Darüber hinaus werden die Ergebnisse wichtige Beiträge zu grundlegenden Fragen der Evolutionstheorie der komplexen Zellen liefern und die Bedeutung von Cholesterin und verwandten Steroiden in Zellmembranen aus dynamischer Sicht verstehen helfen.
Laufzeit: von 04.2001 bis 03.2004
Förderinstitution:
Bund ( BMBF ) ,Genehmigungsdatum: 28.02.2001